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2024年 第46卷 第4期    刊出日期：2024-08-20

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第46卷第4期目次

2024, 46(4):  0-0. 

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研究论文

2022年青海门源 M_S6.9 地震灾害致灾机理

牛鹏飞, 韩竹军, 郭鹏, 李科长, 吕丽星

2024, 46(4):  761-782.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.001

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2022年门源 M_S6.9 地震发生在青藏高原东北缘祁连-海原断裂带冷龙岭和托莱山断裂的阶区部位。兰新高铁硫磺沟大桥及南侧大梁隧道被完全毁坏, 致使高铁干线首次因地震破坏而完全中断。在地处极震区的硫磺沟内未见大规模地震滑坡和崩塌, 只有规模较小的滚石和滚石堆积体及局部河床存在砂土液化现象, 显然很不合常理。此次地震除形成2条走滑型地表破裂带外, 还在冷龙岭断裂西段北侧的硫磺沟内产生了1条长约7.9km的逆冲型地表破裂带。该破裂带的走向不稳定, 倾向S, 主要由断续分布的弧形挤压破裂、 挤压鼓包、 张裂隙和地震陡坎组成; 经统计, 沿地表破裂带共获得了35个垂直位移量数据, 最小位移量为(8±1)cm, 最大位移量为(49±3)cm, 平均垂直位移量约为24cm, 位移沿走向分布不均匀。该条地表破裂带近垂直穿过兰新高铁硫磺沟大桥, 产生了宽泛的地表变形与位错, 这可能是导致硫磺沟大桥毁坏的直接原因。这些调研成果启示我们在对跨断层重大线状工程进行抗震设防时, 需要关注逆冲型地表破裂带宽泛的剪切作用。

2022年M_S6.8泸定地震诱发滑坡中过剩地形的影响

邱恒志, 马思远, 陈晓利

2024, 46(4):  783-801.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.002

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地貌演化受到构造活动和河流侵蚀等作用影响。作为地貌演化的重要组成部分, 滑坡对于塑造地貌形态起到了重要作用。滑坡发生的本质是坡体平衡受到破坏, 而这种不平衡现象可体现为存在过剩地形。2022年9月5日四川省泸定县 M_S6.8 地震诱发了大量山体滑坡, 为研究过剩地形对同震滑坡的空间分布提供了一个研究实例。文中基于震后遥感影像对同震滑坡进行了提取, 并依据ALOS 12.5m地形高程数据计算了震区过剩地形。此次工作共识别出1 485个滑坡(面积约为14.83km²), 这些同震滑坡多为浅层滑坡, 呈带状集中分布于大渡河两侧。同时, 过剩地形的计算结果显示其主要分布在大渡河及其支流的山谷两侧。相关性分析结果表明, 高达91.7%的同震滑坡分布在不同厚度的过剩地形分布区。为了进一步研究过剩地形和同震滑坡的空间关系, 文中对2008年汶川地震、 2013年芦山地震和2014年鲁甸地震等诱发滑坡与过剩地形的空间分布进行了分析, 结果表明二者的空间分布具有高度的一致性, 显示出过剩地形对同震滑坡空间分布的控制作用。值得注意的是, 文中计算获得的泸定地震震区过剩地形的平均高度约为80.0m, 明显大于此次地震诱发滑坡的厚度, 这意味着此次同震滑坡仅仅是移除了很少部分的过剩地形, 据此推测剩余的过剩地形分布区仍是未来潜在的滑坡易发区。

大兴凸起东缘断裂的三维建模及其最大潜在地震评估

张雅静, 李正芳, 周本刚, 肖海波

2024, 46(4):  802-820.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.003

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通过最新的浅部地震反射剖面和钻孔资料发现了大兴凸起东缘断裂全新世活动的证据, 这一发现改变了近几十年以来认为的其晚第四纪以来没有活动的结论, 对北京市地震灾害风险普查工作具有重要的应用价值, 同时也对大兴凸起东缘断裂最大潜在地震的震级上限评估提出了新的挑战。文中通过收集和整理多条地震浅层物探剖面和地震深反射剖面, 利用SKUA-GOCAD三维建模软件构建了大兴凸起东缘断裂的三维模型, 模拟了大兴凸起东缘断裂在三维空间中的展布情况, 揭示了该断裂的几何学特征及深浅构造关系。通过将大兴凸起东缘断裂和与其呈右阶排列的夏垫断裂进行构造类比, 对大兴凸起东缘断裂深、 浅部的构造特征进行了讨论, 认为大兴凸起东缘断裂是一条深浅共存的活动断裂, 并利用震级-破裂尺度经验关系式综合估计该断裂上可能诱发的最大潜在地震为7.5级。这一结论对首都圈南部地区开展震灾防治工作具有重要的科学指导意义。

天山内部那拉提断裂带全新世活动证据

王雷, 任治坤, 何仲太, 计昊旻, 刘金瑞, 郭龙, 李兴奥

2024, 46(4):  821-836.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.004

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天山山脉横跨欧亚板块, 新构造时期强烈隆升。近年来已有研究表明, 天山内部的那拉提断裂带东段全新世活动强烈。然而, 针对那拉提断裂带其他段落的活动构造研究仍处于空白。文中选取特克斯段作为突破口, 通过遥感解译、 地质调查、 无人机航测、 探槽开挖和¹⁴C测年, 获得以下认识: 1)那拉提断裂带特克斯段线性构造地貌特征清晰, 可识别出断层崖、 断层三角面、 断层陡坎、 鼓包、 闸门脊、 垭口、 关门山、 定向左旋错动的山脊和冲沟等断层地貌标志; 2)基于无人机测图和LaDiCaoz半自动位错测量分析程序, 获得水平最小位错量为3.4m; 3)断裂发育于元古代和古生代地层中, 探槽揭露了半山腰处的断塞塘沉积事件, 剖面中至少记录了4次古地震事件; 4)¹⁴C测年结果显示, 深约2m处样品的¹⁴C测年结果约为(7.06±0.03)ka BP, 最新一次形成的崩积楔的¹⁴C测年结果约为(1.67±0.03)ka BP; 5)利用OxCal年龄校正, 在95.4%置信度下确定4次古地震事件的年龄范围: 事件E1为2757BC—413AD、 事件E2为3581—429BC、 事件E3为4702—3932BC、 事件E4为5742—5230BC。综上分析认为, 全新世以来那拉提断裂带中段仍然活动强烈。

正断层阶区现今连接模式综合研究——以山西裂谷系口泉断裂禅房阶区为例

花春雨, 苏鹏, 石峰, 席茜, 郭钊吾

2024, 46(4):  837-855.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.005

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正断层阶区有软连接(soft-link)和硬连接(hard-link)2种端元连接模式。判定正断层阶区现今的连接模式不但有助于理解正断层的生长演化过程, 也能指示未来正断层上发生的地震是否会在阶区内形成地表破裂, 这对于评价阶区内工程场地的地震安全性具有重要意义。判定正断层阶区内是否存在活动的连接断层是区别正断层阶区现今连接模式的直接方法。然而, 在多数情况下, 由于正断层阶区内的变形量相对小, 加上人类活动对阶区内地貌的改造, 导致在本以硬连接模式生长的正断层阶区内也很难直接看到断层陡坎, 这为判定正断层阶区内是否存在活动的连接断层带来了困难。山西裂谷系是东亚大陆显著的活动裂谷带, 也是中国重要的强震带。口泉断裂位于山西裂谷系北部, 是大同盆地的西缘边界断裂。口泉断裂在禅房村附近发育一个正断层阶区, 文中称之为禅房阶区。文中以口泉断裂禅房阶区为例, 通过构造地貌野外调查、 地貌数据分析和地质雷达探测研究禅房阶区的连接模式。结果显示, 口泉断裂禅房阶区内部存在活动的连接断层, 说明禅房阶区的连接方式为硬连接模式。文中研究基于构造地貌野外调查、 地貌数据分析和地质雷达探测的综合方法, 可有效定位弱活动断层的空间展布, 降低单一方法的不确定性。

龙门山断裂带北东段现今地震活动特征

呼楠, 龙锋, 王莹, 徐良鑫

2024, 46(4):  856-875.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.006

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文中基于中国测震台网统一地震编目网2010年1月—2020年6月的正式地震观测报告反演了龙门山断裂带北东段的最优一维速度结构, 并矫正了初始震源位置, 在此基础上开展了小地震精定位工作, 结合汶川 M_S8.0 地震早期余震精定位结果和震源机制解资料综合分析了龙门山断裂带北东段现今的地震活动特征。结果显示: 南坝地区(S区)小地震平行于主破裂带分布; 中段(M区)小地震偏离主破裂带分布, 在两侧分别形成了丛集区M2和M3; 北段青川附近(N区)地震沿主破裂带和青川断裂密集分布(N1区), 地震活动强度较大, 且沿主破裂带与青川断裂震源深度剖面特征有所不同。推测研究区南端S区的小地震空间分布延续了汶川地震主破裂的特征; 北端N区汶川地震破裂受到宁强—勉县一带上地壳高速体的阻挡, 地表破裂带消失, 应力向深部传导, 对青川断裂运动的触发作用明显。综上分析认为, 先存断层、 新生破裂与主破裂共同作用导致了龙门山北东段现今地震活动复杂的空间特征, 暗示了汶川地震后应力传递和调整过程的空间不均匀性, 这可能与北段复杂的地质结构有关。

内蒙古达里诺尔晚新生代火山裂隙喷发特征

常枥文, 赵勇伟, 李霓, 孙金恒

2024, 46(4):  876-892.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.007

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内蒙古锡林郭勒盟地区分布近万平方千米的熔岩台地, 它们是裂隙式火山喷发的产物。这类火山作用在晚新生代以来仍有过强烈活动, 未来具有潜在喷发危险性。锡林郭勒盟达里诺尔火山群中的贝力克地区分布了该区域形成时代最晚的熔岩台地。文中以贝力克熔岩台地为研究对象, 分析其喷发特征, 研究熔岩喷发时的温度、 黏度和流动速度, 以限定其灾害效应。区内火山产物主要由结壳熔岩组成, 在接近喷发裂隙地区成群出露高3~8m、 长数十米至数百米的低矮山脊, 推测该熔岩脊代表近火口熔岩地貌。在距喷发裂隙较远处(>3km), 熔岩流整体呈带状分布, 熔岩流中部隆起, 向两侧边缘呈外倾产状, 显示熔岩堤特征。在距喷发裂隙最远的熔岩台地边缘, 熔岩表面平坦, 常出现大型龟裂状裂理。一些台地边缘剖面显示出层状熔岩相互叠置的特点, 说明其流动过程以层流形式进行。这些地质特征均符合溢流玄武岩喷发的特征。全岩地球化学和矿物地球化学研究表明研究区的熔岩属于橄榄拉斑玄武岩和碱性橄榄玄武岩, 熔岩中包含橄榄石和单斜辉石(主要为普通辉石)斑晶。利用单斜辉石-熔体地质温压计估算得到贝力克熔岩的喷发温度为1 123.2~1 173.4℃, 利用前人的黏度计算模型得到熔岩喷发时的黏度为30~187Pa·S。 在此基础上, 文中计算了研究区发生溢流玄武岩喷发时熔岩的流动速度大部分在0.4~1m/s区间内, 个别熔岩流速度可达2.5m/s。文中揭示了贝力克地区溢流玄武岩喷发特征, 限定了岩浆喷发温度、 黏度和速度等物理参数, 可为未来火山喷发灾害防御提供基础数据支撑。

阿尔山火山群面波层析成像

侯颉, 吴庆举, 余大新, 叶庆东

2024, 46(4):  893-915.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.008

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文中利用阿尔山火山群附近的29个宽频带流动地震台和其周边8个固定台站2019年5月—2021年12月期间的远震垂直向地震波形, 通过频-时分析获取了11 010条高质量的Rayleigh波基阶相速度频散, 基于面波成像方法构建研究区地壳、 上地幔的三维S波速结构。结果表明: 在中、 下地壳范围内, 阿尔山火山群地区的S波速度表现出明显的低速异常, 结合该地区高波速比的特征, 推测阿尔山火山群可能存在地壳岩浆囊; 在阿尔山火山群地区的40~150km深度内存在多处上低下高的S波速度异常结构, 表明阿尔山火山群可能发生过岩石圈拆沉; 阿尔山火山群东南侧上地幔的低速异常连通了软流圈和阿尔山火山群在地表出露的位置, 结合前人的研究结果推测, 此低速异常可能是松辽盆地岩石圈拆沉造成的软流圈物质上涌。

青藏高原东北部上地壳剪切波分裂特征

李抒予, 高原, 金红林, 刘同振

2024, 46(4):  916-933.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.009

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由羌塘、 巴颜喀拉、 柴达木和祁连等几个二级块体组成的青藏高原东北部与华南块体及华北块体接触, 产生强烈的构造变形。文中利用青藏高原东北部2010年1月—2021年9月的小地震波形事件, 使用剪切波分裂分析方法计算得到快波偏振方向与慢波时间延迟2个各向异性参数, 并对参数的空间分布进行分析。快波偏振方向以NEE为主导, 与区域主压应力方向大致平行, 祁连块体北部和东南部、 羌塘块体北部存在NNW、 NWW或近EW等多个相对较弱的第2快波偏振方向, 与区域内广泛分布的NW走向断裂近平行。柴达木块体东北缘的快波偏振方向较离散, 受到应力、 断裂、 岩石性质等因素的共同作用。祁连块体北部逆冲断裂系东部的时间延迟大于西部, 体现了两者应力环境的差异。祁连块体东南部及柴达木块体东北缘大致相当的时间延迟分布可能与其具有类似的岩石类别物性及构造环境相关。柴达木盆地北缘存在NWW向快波优势偏振方向和相对一致的时间延迟, 可能是断裂在深部高压变质作用的响应。羌塘块体北部的时间延迟小于拉脊山断裂周缘(祁连块体东南部与柴达木块体东北缘), 可能与岩石类别物性与构造环境的差异有关。

山东地区场地剪切波速经验外推模型及其适用性

李志恒, 谢俊举, 李柯苇, 温增平, 李小军, 王志才, 许洪泰, 赵晓芬, 张娜

2024, 46(4):  934-954.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.010

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场地剪切波速是进行场地分类和定量估计场地对地震动影响的重要参数, 在工程抗震设防和震后震害快速评估等方面具有广泛应用。文中利用山东地区1 336个工程场地的剪切波速剖面数据, 分别基于常速度外推方法、 速度梯度外推方法和条件独立方法建立了山东地区场地剪切波速V_S20 和V_S30 的经验外推模型。研究结果表明, 常速度外推方法对较浅的钻孔进行波速外推时会产生明显的低估, 且预测误差较大。速度梯度外推方法的拟合结果表现出明显的区域性特征, 山东地区的V_S30 预测结果与美国加州和北京平原地区的结果相比, 总体上较为接近, 但明显低于日本地区。综合考虑建立的3种区域外推模型的精度和预测误差, 文中建议优先采用基于条件独立方法建立的山东地区的V_S20 和V_S30 经验外推模型, 获得的波速外推结果可以较好地为山东地区场地分类提供依据。

地电阻率观测中信噪比与观测精度

张宇, 王兰炜, 张世中, 张兴国, 胡哲

2024, 46(4):  955-971.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.011

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地电阻率观测方法在地震监测、 预测研究中发挥了重要作用。地震监测、 预测研究要求测量系统误差小且观测精度高, 在测量系统性能指标满足测量最大允许误差的前提下, 观测精度就取决于测量过程的信噪比, 即观测场地的干扰情况。文中从理论上研究了地电阻率观测中信噪比和观测精度之间的关系, 分析了地表和井下不同观测装置条件下信噪比的变化情况。当供电电流不变且主要受到均匀场的干扰影响时, 减小极距可有效提高测量的信噪比。当地表装置的测量极距缩小为原来的1/3, 或井下装置的测量极距缩小为原来的1/4 时, 信噪比可提高约20dB。以江宁台不同深度、 极距观测结果为例, 讨论了江宁台井下装置设计的合理性。文中研究结果可为今后地电阻率观测装置的设计和观测场地的选择提供参考。

基于各向异性和极化介质的2.5维CSAMT正演数值模拟

余胜红, 唐新功, 熊治涛

2024, 46(4):  972-992.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.012

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传统的CSAMT在进行正、 反演数值模拟时通常假设地下介质为电各向同性且无IP效应的介质, 而实际的地下介质往往同时存在电各向异性和IP效应, 因此开展各向异性和IP效应共同作用下的CSAMT电磁场响应特征的研究势在必行。文中基于含源的Maxwell方程组, 推导了2.5维各向异性介质的电磁场偏微分方程, 采用伽辽金有限元法实现了各向异性的2.5维CSAMT数值模拟, 进而讨论了欧拉角和各向异性系数对2.5维CSAMT响应的影响。通过引入Cole-Cole模型分别研究了不同极化参数对CSAMT响应的影响, 最后讨论了各向异性和IP效应同时存在时的电磁场响应特征。研究结果表明, 各向异性和IP效应均会对CSAMT的响应结果产生较为严重的影响。当各向异性和IP效应同时存在时, 根据欧拉角和主轴电阻率的取值, 二者的效果将相互叠加或抵消。文中的研究结果对于提高CSAMT资料处理与解释精度具有重要的理论意义。